超視距空空導彈攻擊操作提示的兩點改進*

張安柯,孔繁峨,孫兆雨

(1 光電控制技術重點實驗室,河南洛陽 471000;2 中航工業洛陽電光設備研究所,河南洛陽 471000)

超視距空空導彈攻擊操作提示的兩點改進*

張安柯1,2,孔繁峨2,孫兆雨2

(1 光電控制技術重點實驗室,河南洛陽 471000;2 中航工業洛陽電光設備研究所,河南洛陽 471000)

針對當前超視距攻擊過程中火控信息存在的不足,為了提高超視距空空導彈作戰效能,提出了兩點改進措施:目標機動逃逸角提示和最佳發射傾角提示。仿真結果表明:通過增加目標機動逃逸角提示,能夠反映目標逃脫導彈攻擊區的難易度;通過增加最佳發射傾角提示,能夠增加導彈最大可攻擊距離。

超視距空空導彈;目標機動逃逸角提示;最佳發射傾角提示

0 引言

超視距(beyond visual range,BVR)空戰是指在飛行員視距之外(10 km),通過機載搜索跟蹤系統,探測、識別目標,完成導彈攻擊的一種作戰模式,超視距與近距格斗相比,具有攻擊的突然性、先敵攻擊、多目標攻擊等優點[1]。目前裝備的超視距空空導彈如AIM-120,迎頭最大可攻擊距離可達100 km左右,在海灣戰爭中首次亮相,截至目前共發射17枚,10枚命中目標,命中概率為60%,根據空空導彈在歷次戰爭中的使用數據分析,飛行員按照操作流程在滿足發射條件情況下發射導彈是保證命中概率的重要條件。

目前對超視距空戰的研究主要集中在超視距目標分配、導彈效能分析等。文獻[2]提出了劃分超視距、近距的多機協同作戰戰術決策;文獻[3]分析了目標機動對導彈命中效能的影響;文獻[4]提出了一種中遠程空空導彈射后效能評估方案,能夠對發射后的導彈進行動態評估。對中遠程空空導彈發射時刻輔助信息的研究目前尚無文獻涉及。如何在導彈發射時刻為飛行員提供更多有效操作提示,增強飛行員的空戰態勢感知,充分發揮導彈效能,是文中的主要研究內容。

1 平顯顯示

1.1 空空導彈攻擊區

空空導彈可攻擊區是指在目標周圍存在一定區域,如果載機在此區域內發射導彈,則導彈就能以不低于一定的概率命中目標,如果在此區域之外發射導彈,則命中目標的概率繼續下降甚至為零。

空空導彈攻擊區模型為

Rmax=Rmax(h,hT,V,VT,qT,q,θ)

Rmin=Rmin(h,hT,V,VT,qT,q,θ)

(1)

式中:Rmax、Rmin分別表示空空導彈發射時刻導彈的最大可攻擊區、最小可攻擊區;V、h、q、θ表示發射時刻載機的速度、高度、飛行偏角、飛行傾角;VT、hT、qT表示目標在導彈發射時刻的速度、高度和進入角。

通過對某型空空導彈攻擊區進行大量仿真,得到如下兩個特征:

1)當載機狀態給定時,目標進入角對導彈攻擊區的影響最為顯著。在不同目標進入角下某型空空導彈的最大可攻擊距離如圖1所示,目標運動方向的改變直接決定目標能否擺脫導彈可攻擊區。

圖1 目標進入角對最大可攻擊距離的影響

2)當目標狀態一定時,導彈發射傾角對攻擊區影響較為顯著。不同高度下導彈發射傾角對攻擊區的影響如圖2所示。存在一個最佳發射傾角,使得導彈可攻擊區距離達到最大。

圖2 發射傾角對最大可攻擊距離的影響

1.2 當前平顯信息的不足

問題一,超視距空空導彈最大可攻擊距離大于100 km,導彈整個攻擊過程長達數分鐘;在此過程中,如果目標采取逃逸機動,就有一定的機率擺脫導彈的攻擊,因為目標運動方向直接影響空空導彈的可攻擊距離。所以,在最大可攻擊距離內發射的導彈并不一定命中目標,但目前的平顯符號中缺乏如何反應目標擺脫導彈攻擊的難易度信息。

問題二,導彈最大發射距離是指載機發射導彈時方位角和發射傾角滿足最佳發射條件時對目標的最大發射距離。平顯中的操作誤差圓為飛行員提供最佳發射方位角信息,但平顯并沒有最佳發射傾角信息。

文中將針對這兩個問題進行分析,提出改進措施,提高飛行員態勢感知,充分發揮導彈性能。

2 改進措施

2.1 目標機動逃逸角概念

由前節的分析可知,目標進入角(目標飛行方向)對導彈最大可攻擊距離的影響十分明顯,比如某型導彈能夠攻擊80 km外迎頭飛行的目標,但如果目標調整飛行方向,能很容易擺脫導彈攻擊。所以文中擬采用目標機動逃逸角來反應目標逃逸導彈攻擊區范圍的難易度,目標機動逃逸角的定義如下:

假設目標當前在導彈可攻擊區范圍內,如果目標立即執行水平轉彎后直線逃逸機動恰好能夠擺脫導彈攻擊,則該水平轉彎角就為目標機動逃逸角,目標機動逃逸角用δ表示。當目標在導彈最大可攻擊距離之外時,δ=0°;當目標在不可逃逸距離內時,目標機動逃逸角不存在;當目標在最大可攻擊距離與不可逃逸距離之間時,目標機動逃逸角δ∈(0°,180°)。

目標機動逃逸角還和目標進入角有關,因為目標機動逃逸的最大范圍是構成置尾態勢(也就是目標進入角為0°)。所以當目標進入角q<180°時,目標機動逃逸角δ∈(0°,q);當q≥180°時,目標機動逃逸角δ∈(0°,360°-q)。

2.2 目標機動逃逸角計算方法

目標逃逸角計算方法如圖3所示,首先計算當前不可逃逸攻擊距離Qbkt,與彈目距離Ddm進行比較,如果Qbkt>Ddm,則目標在不可逃攻擊距離內,不存在機動逃逸角;否則計算彈當前最大可攻擊距離Qgj,與彈目距離Ddm進行比較,如果QgjDdm時,假設目標以δ角進行機動;再計算Qgj,并與Ddm進行比較,如果Qgj>Ddm則增加機動角δ,直到Qgj

圖3 目標機動逃逸角計算流程

2.3 最佳發射傾角提示

第四代先進中遠程空空導彈采用高拋彈道,導彈先爬升一定高度然后俯沖攻擊目標。以一定的傾角發射導彈時,能夠增加導彈有效射程。F16中期升級計劃中首次提出了最佳發射傾角提示(loft solution cue)的概念。按照最佳發射傾角條件發射導彈,能夠顯著增加導彈可攻擊距離,因此有必要在火控解算中增加最佳發射傾角提示,從而充分發揮導彈效能。

最佳發射傾角提示方案是:當目標距離在最大動力可攻擊射程內時,火控解算出最佳發射傾角提供給飛行員,飛行員按照提示操縱飛機并發射導彈。2.4 最佳發射傾角計算方法

由于火控計算機的計算能力有限,火控系統計算導彈攻擊區時利用二項式擬合公式。根據幾十萬條導彈包線數據,通過擬合得到擬合公式形式如下:

Rmax=Rmax(h,hT,V,VT,qT,q,θ)=

α0+α1h+α2hT+α3V+α4VT+α5qT+α6q+α7θ+

α8h2+α9hhT+α10hV+α11hVT+α12hqT+α13hq+

α19hTq+α20hTθ+α21V2+α22VVT+α23VqT+α24Vq+

α31qTq+α32qTθ+α33q2+α34qθ+α35θ2

式中:α0,α1,α2,α3,α4,…,α34,α35為擬合系數。

在確定的空戰態勢下,將h0、hT0、V0、VT0、qT0、q0信息代入到擬合公式中,得到Rmax(θ)|(h0,hT0,V0,VT0,qT0,q0);根據仿真試驗結果和發射條件的限制(瞄準誤差圓限制),導彈的最佳發射傾角集中在(-10°,40°),等間隔取其采樣點,并計算各點對應的最大可攻擊距離Rmax,從而可以判斷出最佳發射傾角θ。

3 仿真分析

3.1 目標機動逃逸角計算實例

假設在某次空戰中,我機雷達發現3個目標,目標狀態信息如表1所示。經火控解算,3個目標都在我機所帶的超視距空空導彈攻擊范圍內,3個目標的機動逃逸角分別是:69°,不可逃,45°。

表1 目標狀態

為了驗證該結果的正確性,在導彈發射時刻,目標1按照69°進行逃逸機動,目標2采取置尾逃逸機動,目標3采取45°逃逸機動,得到彈目相對運動水平面軌跡如圖4所示。從圖中可以看出,當目標1,2,3不采取機動時,導彈均能命中目標;目標1采取69°逃逸運動時,受到導彈性能的限制,導彈不能命中目標;目標2處在不可逃逸區內,即使做置尾逃逸機動也不能擺脫導彈攻擊;目標3采取45°逃逸機動時,導彈同樣不能命中目標。

圖4 導彈與目標運動平面軌跡

3.2 最佳發射傾角實例

假設載機高度和目標高度均為9 000 m,載機速度400 m/s,發射偏角0°,目標速度300 m/s,目標進入角180°。不同發射傾角下的最大可攻擊距離如圖5所示,發射傾角為20°時,最大可攻擊距離達到最大值143 km。

圖5 不同發射傾角下的導彈攻擊距離

3.3 仿真結果分析

通過仿真結果可以看出:1)目標機動逃逸角反映目標逃脫導彈攻擊區所需要機動角度。目標機動逃逸角越大,代表逃脫攻擊區所需要的機動越大,導彈命中目標的可能性更大;2)最佳發射傾角能夠顯著增加導彈的最可攻擊距離,能夠充分發揮導彈性能。

4 總結

文中介紹了中遠距空空導彈的攻擊區模型,闡述了當前空戰態勢下關于導彈攻擊的平顯信息,結合超視距空戰的特點分析了其不足,并提出了兩點改進:目標機動逃逸角提示和最佳發射傾角提示。通過目標機動逃逸角提示,可以提示飛行員在適當的時機發射導彈,減少導彈脫靶概率;通過最佳發射傾角提示,可以充分發揮導彈的性能,增加射程。

[1] 高勁松, 鄒慶元, 丁全心. 超視距空戰的幾個觀點 [J]. 電光與控制, 2008, 15(5): 44-47.

[2] 牛綠偉, 高曉光, 張坤, 等. 劃分超視距、近距的多機協同作戰戰術決策 [J]. 西北工業大學學報, 2012, 29(6): 971-977.

[3] Remzi AKDAG. A comparative study on practical evasive maneuvers against proportional navigation missiles: AIAA 2005-6352 [R]. 2005.

[4] 高曉光, 羅鵬升, 田省民, 等. 空空武器射后有效性分析 [J]. 火力指揮與控制, 2010, 35(12): 86-89.

[5] 周志剛. 機載火力控制系統分析 [M]. 北京: 國防工業出版社, 2008: 52-62.

Two Improvements on the Operation Tips of Beyond Visual Range Air to Air Missile Attack

ZHANG Anke1,2,KONG Fane2,SUN Zhaoyu2

(1 Science and Technology on Electro-optical Control Laboratory, Henan Luoyang 471000, China; 2 Luoyang Institute of Electro-optical Equipment, AVIC, Henan Luoyang 471000, China)

According to the existing problems of fire control information of the current beyond visual range attack process, in order to improve the efficiency of beyond visual range air to air missile combat, two improvements was put forward:the tip of target maneuvering escape angle and the cue of optimal firing angle. The simulation results showed that by increasing the target maneuvering escape angle could reflect the facility value of target escape missile attack area, and by increasing the cue of optimal firing angle, maximum distance of missile attack could be increased.

beyond visual range air to air missile; the tip of target maneuvering escape angle; the cue of optimal firing angle

2016-04-18 作者簡介:張安柯(1992-),男,河南周口人,碩士研究生,研究方向:航空火力控制。

TJ762.23

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